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2017年5月11日，由中國汽車技術研究中心和天津市西青區(qū)人民政府聯(lián)合主辦，中國汽車技術研究中心數(shù)據(jù)資源中心承辦的“2017中國車用材料(西青)國際論壇”在天津成功召開。本屆論壇以“創(chuàng)新材料重塑汽車產(chǎn)業(yè)價值鏈”為主題，近1000位國內外嘉賓圍繞深入交流。在輕量化材料分論壇中，多位專家解析了目前汽車行業(yè)內輕量化材料(鋁合金、碳纖維、工程塑料)的應用現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢。
工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司司長高云虎在演講中指出，工信部節(jié)能司將深入推進綠色設計示范和綠色設計產(chǎn)品評價試點，打造一批示范帶動效應強的綠色供應鏈，逐步建立綠色設計產(chǎn)品的市場監(jiān)督機制。國家認監(jiān)委關鈞文副處長指出，國家認監(jiān)委將會在汽車、相關零部件、材料等領域全面落實綠色產(chǎn)品認證制度，為消費者提供更多更優(yōu)質的產(chǎn)品。
目前，鋁合金材料是汽車制造業(yè)中最為廣泛使用的輕量化材料。傳統(tǒng)汽車中，捷豹路虎、奧迪等車型已經(jīng)開始廣泛使用全鋁車身；新能源領域中，日產(chǎn)聆風采用鋁合金覆蓋件，而特斯拉全系車型從底盤到車身都是鋁合金制造的。
“對于電動汽車而言，一百公斤的減重可以增加續(xù)航距離的10%左右，另外可以通過減重降低成本。因為汽車車身輕了，就可以把電池的重量減輕。現(xiàn)在這個電池說成本用容量來算的話，一千瓦大概是在兩千到三千塊錢，通過減重把電池成本降低，可以一定程度上解決新能源汽車成本問題。”中國鋁業(yè)公司首席工程師趙丕植表示。從安全角度考慮，減重可以縮短剎車距離，提高安全性能，有助于行人保護，提高安全性能。
對于鋁合金材料的市場前景，趙丕植分析說：“早在2012年，中國整個汽車鋁合金材料市場一年就用了一萬噸，到2016年這個數(shù)量已經(jīng)上升到7萬噸了。等到2020年高端覆蓋件就會有30萬噸的市場規(guī)模，除了高端覆蓋件之外還有結構件，另外還有商用車用的鋁板，這些加起來在2020年中國汽車鋁板的市場規(guī)模將超過一百萬噸。”
為了節(jié)能減排，防止提高溫暖化，提高安全性能，汽車行業(yè)正在使用鋁合金汽車板實現(xiàn)汽車輕量化，中國汽車輕量化的序幕已經(jīng)拉開。
“輕量化永遠是在重量、性能和成本之間找一個平衡。”這是康得復材副總裁何鵬對輕量化的理解。與鋼、鋁合金相比，碳纖維的密度有20%到30%的優(yōu)勢，并具有非金屬一些比較典型的特點，比如耐腐蝕，此外還有非常高的比強度和比鋼度。
成本是一個比較大的劣勢，目前碳纖維的綜合成本相當于鋁的綜合成本的2倍到2.5倍之間。不過，在整個輕量化過程中碳纖維可以作為一個很好的補充材料和關鍵材料，在現(xiàn)階段可以跟鋁或其他金屬進行搭配。在長遠來看隨著應用領域的拓寬和工業(yè)化發(fā)展，可以在成本降低的情況下，以后可以逐步更多的替代金屬作為汽車應用的一個主要的材料。
何鵬表示，有望在3到5年以后通過產(chǎn)業(yè)鏈的國產(chǎn)化來降低碳纖維的各種成本。國產(chǎn)化的應用，整個產(chǎn)業(yè)鏈在國內走完了0到1的過程，實現(xiàn)應用以后，帶動整個成本的下降。另外就是設計能力和經(jīng)驗，因為在國內整個碳纖維的設計包括碳纖維數(shù)據(jù)庫、車身標本都不是很健全，大家還都是在摸索中前進。此外，需要進一步提高制造工藝，因為碳纖維的制造成本還需要進一步降低，這樣才更能夠促使汽車領域用碳纖維更好地利用。
“在目前在碳纖維成本的基礎上，利用三到五年時間內成本降低30%到50%，這樣的話跟鋁相比才有應用的競爭力，才能更多更好地應用在汽車整個結構上面。”
工程塑料：價格低廉可塑性高
以塑代鋼的概念已經(jīng)廣為流傳，由于價格低廉、可塑性高，越來越多的高性能塑料和塑料復合材料被大規(guī)模應用在汽車上，目前德國汽車上的工程塑料用量最多，平均占整車用料的15%以上。
一般塑料的比重在0.9～1.6，玻纖增強復合材料的比重也不會超過2.0，而A3 鋼為7.6，鋁為2.7。使用塑料可以減輕零部件約40%的重量，同時其成本也可以大幅度降低。
現(xiàn)階段常見的汽車工程塑料有聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚和ABS等。聚酰胺材料主要應用于動力、底盤零部件及結構件，約占整車塑料的20%；聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚等材料主要應用于電子電器零部件及結構件，約占整車塑料的15%左右；ABS工程塑料主要應用于汽車內外飾零部件等地。
“在新能源汽車領域，工程塑料的應用范圍依然很廣，比如電池模組外殼、接插件等。電池外殼要求材料強度，而接插件需要絕緣密封性能，在實現(xiàn)輕量化的同時，工程塑料能完美的實現(xiàn)上述要求。”杜邦中國亞太區(qū)技術經(jīng)理王興旺如是說。
據(jù)測，2020年汽車平均塑料用量將可能達到500kg/輛以上，約占整車用料的1/3以上。隨著新能源汽車的廣泛使用，加之鋁合金、碳纖維的成本過高，且以進口為主。未來汽車的車頂、車門、座椅部件、輪轂以及汽車周邊結構件都有可能改用工程塑料。
工程塑料的市場需求勢必也將引起塑料改性、塑料制備、制造業(yè)、模具等相關行業(yè)的發(fā)展。目前此方面的研究也是科研、行業(yè)熱點之一，與此同時，一些隨之而來的問題也應當引起相關人員的重視，比如工程材料的微結構和非等向性可能帶來的安全問題，這也將衍生出其他新的設計挑戰(zhàn)。
輕量化實際上就是一個綜合了多個材料學科優(yōu)化的一個過程，在滿足性能的情況下，在一定的成本范圍內達到重量的減重目標，是一個平衡優(yōu)化的過程。“最合適的材料用在最正確的地方”，這樣的汽車產(chǎn)品才能在保證安全性、舒適性的基礎上實現(xiàn)極致的輕量化。
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